铁路混凝土桥梁桥面防水卷材性能分析.pdf

2 0 1 3年第 1 期 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i n g 5 文 章编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 0 5 0 3 铁路 混凝 土桥 梁桥 面 防水卷材性能分析 杜 存 山 ( 中国铁道科 学研 究院 金属及化学研究所 ， 北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘要 ： 铺 设 防水卷 材 防水层 是提 高铁 路 混凝 土桥 梁桥 面耐 久性 的重要 手段 ， 防水层标 准 的 实用性对保 证 产品质量、 工程质 量 更是起 着 至关 重要 的作 用。本 文通 过 对 铁路 混凝 土桥 面 防水层技 术 条件 ( T B T 2 9 6 5 -2 0 1 1 ) 中的防水卷材物理力学性能指标的分析研 究， 认 为在拉伸性能、 不透水性、 热老化 处理 、 接缝剥离强度等指标方面存在不尽合理之处， 并对标准的进一步修订提 出了建议。 关键词 ： 防水卷材 混凝土桥梁 氯化聚 乙烯 高聚物改性沥青 中图分 类号 ： U 4 4 3 3 3文献 标识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 3 0 1 0 2 1 铁路混凝 土桥 梁桥面 防水材料 在铁路混凝土桥梁桥面铺设防水层是提高桥梁结 构耐久性 的重要技术手段 。既有桥梁 由于桥面防水失 效造成桥面板渗水、 钢筋锈蚀的事例很多 ， 直接影响到 结构 的使用寿命 。 目前我 国铁路混凝土桥梁桥 面防水层标准 铁路 混凝土桥面防水层技术条件( T B T 2 9 6 5 -2 0 1 1 ) 是 铁路混凝 土桥 梁桥 面 T Q F I型防水 层 技术 条件 ( T B T 2 9 6 5 -1 9 9 9 ) 的修订版 ， 1 9 9 9版 的制定 为我 国 铁路混 凝土桥 梁 的耐久 性保 护提供 了重要 的保 证 。 2 0 1 1版较 1 9 9 9版 主要 变化 是 ： 修 改了氯化聚 乙烯 防 水卷材和聚氨酯防水涂料的相关技术要求 ； 增加 了水 泥基胶粘剂 、 高聚物改性沥青 防水卷材、 高聚物改性沥 青基层处理剂的相关技术要求 ； 对防水层铺设 、 保护层 的相关要求 ， 质量检查要求和保修期也作 了新 的规定 。 为使建设单位 、 设计单位及用户更好地理解、 使用 新标准， 保证防水层质量和桥梁结构耐久性 ， 并为以后 标准的修订 ， 防水体系设 计更合理提供依据 。有必要 对现标准 中提到的防水体系组成、 防水卷材材料性 能 和施工工艺等进行深层次研究。本文主要从防水卷材 材料出发分析其合理性及仍存在 的问题。 2 卷材 防水层体 系 铁路混凝土桥面卷材 防水层体 系主要有两类 ： 氯 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 8 0 6 ； 修 回 日期 ： 2 0 1 2 1 0 - 1 3 作者简介 ： 杜存山( 1 9 6 3 一) ， 男 ， 河北任县人 ， 副研究员 ， 硕士 。 化聚乙烯卷材加粘贴涂料型防水层体系( 见图 1 ) 和高 聚物改性沥青卷材型防水层体系( 见图 2 ) 。 图 1 氯化 聚乙烯卷材加粘贴涂料型防水层 体系 图 2 高聚物改性沥青卷材型防水层体系 3防水卷材 建筑防水材料通常分为 5大类 ： 高聚物改性沥青 基防水卷材、 合成高分子防水卷材、 防水涂料 、 密封材 料 、 刚性防水及堵漏止水 材料。其 中， 高分子 防水 6 铁道建筑 卷材是典型的新型建筑防水材料 ， 并在 国内外都 已占 相 当比重， 国外一些 国家 的市场份额高达 5 0 以上。 如 日本合成高分子防水卷材的产量 目前已超过 2 8 0万 m ， 美 国高分子 防水卷材 的产量在 1亿 m 以上 。 而我 国防水 材料 仍是 以沥 青基 防水 材 料 为 主 ， 占全部 防水 材料 的 8 0 ， 高 分子 防水 卷材 占 1 0 左 右 ， 其他 防水 材料 占 1 0 左 右 。 防水卷材的品种并不多 ， 每一个 国家都是 以 自己 偏 爱 的材 料 为主 。用量 最大并 且 已被社 会认 可 的两种 材料是三元乙丙橡胶 防水卷材和 P V C防水卷材。美 国的三元 乙丙橡胶防水卷材 占其高分子防水卷材总量 的 9 0 ， 而英 国的 P V C防水卷 材则 占到 8 0 。 我 国铁 路混 凝土 桥面采 用 的卷材 是氯 化聚 乙烯 防 水卷材和高聚物改性沥青防水卷材。 3 1 氯化 聚 乙烯防水 卷材 氯化聚乙烯防水卷材是以氯化聚乙烯树脂为主要 原料 ， 加 入多 种化学 助 剂 ， 经 混 炼 、 挤 出成 型 和硫 化 等 工序加工制成 的防水卷材。按有无复合层分类 ， 无复 合层的为 N类 ， 用纤维单面复合的为 L类 ， 织物 内增 强的为 w 类 。我国铁路混凝土桥面采用 N类和 L类 氯 化 聚 乙烯 防水 卷材 。 3 2 高聚物改性沥青防水卷材 高聚物 改性 沥青 防水 卷材采 用热 塑性 弹性 体高 聚 物作 为改性 剂 ， 改性 沥青 在 常温 下 具 有橡 胶 材 料 的 弹 性 ， 因此具 有更 好 的粘 结 附着 性 能 以及 良好 的抗 疲 劳 能力 。采用高强度聚酯无纺布做胎基 ， 卷材被赋予 良 好 的机 械力学 性能 和抗 穿刺性 能 。 高聚物改性沥青防水卷材分为 4类 ： 弹性体改 性沥青防水卷材 ( S B S ) ； 塑性体改性沥青 防水卷材 ( A P P ) ； 改性沥青聚乙烯胎防水卷材； 沥青复合胎 柔 性 防水卷 材 。 S B S和 A P P改性沥青 防水卷 材是我 国最常用 的 改性沥青防水卷材 ， 其 中 S B S改性沥青 防水卷材具有 优异的耐低温性能， 适合北方气候 ； A P P改性沥青防水 卷材具有优异的耐高温性能 ， 更适合南方气候。橡 塑 改性 沥 青 防 水 卷 材 同 时 具 有 良 好 的 高 温 和 低 温 性能 。 4新版标准存在 的问题 4 1 防 水体 系的选 择 标 准 中针 对 N类 和 L类 氯 化 聚 乙 烯 防 水 卷 材 和 高聚物 改性 沥青 防水卷 材都 是适用 于有 砟桥 面道砟 槽 内和无砟桥面防撞墙 以内， 没有给出它们在使用 中对 条件要求的差异 ， 给设计人员带来混乱。而且防水体 系 的任意选 择 ， 对 今后 的维 修会 产生 不利影 响 。 4 2高聚 物改性 沥青 我 国铁路 混凝 土桥 面采用 的高 聚物改 性沥 青 防水 卷材要求使用长纤聚酯纤维毯做胎基 ， 但对高聚物改 性剂没有 明确要求 ， 而聚合物改性剂种类繁多 ， 性能各 异 ， 目前添加的聚合 物改性剂种类主要包括 3大类： 橡胶类 ， 包括 S B R、 再生橡胶 、 废旧橡胶粉等； 热塑 性橡胶类 ， 包括 S B S等； 热 塑性树脂 类， 包括 A P P， E V A， P V C等。国内外使 用最普遍 的是 S B S和 A P P， 因 为这两 种聚合 物 和石油 沥青 的相容 性最好 。 不 同种 聚合 物 改性 剂 改 性 效果 不 同 ， 对 于 同一种 聚合 物改 性剂 ， 它 的分 子 结构 、 加 入量 、 反 应 条 件 等 因 素也影响改性沥青的性能， 从而使改性沥青 防水卷材 的性能各 异 。 4 3 防水卷 材的物 理 力学性 能指标 及试 验方 法 4 3 1 拉 伸 性能 表 1中 列 出 了 T B T 2 9 6 5 -2 0 1 1 ， G B 1 2 9 5 3 2 0 0 3和 G B 1 8 2 4 2 -2 0 0 8关于 相应 防水卷 材 的 拉伸 性 能技术要求和试验方法。 表 1 防水卷材拉伸性能技术要求 从表 1可以看 出同一类卷材铁标中的拉伸性能指 标高于国家相应标准 ， 但 由于这两类卷材在铁路混凝 土桥 梁上使 用 的位置 完 全 一样 ， 而 扯 断伸 长 率 在铁 标 中的要求从氯化聚乙烯的5 5 0 降到 5 0 ， 固然材 2 0 1 3年第 1期 杜存 山 ： 铁路混凝 土桥 梁桥面防水卷材性能分析 7 料不 同性能指标要求也不同 ， 但既然 5 0 和 5 5 0 的 扯断伸长率都可满足使 用要求 ， 所 以国标 中氯化 聚乙 烯类防水卷材的不小于 2 0 0 或 3 0 0 的扯 断伸 长率 指标是合适 的， 没有必要人为拔高。 N类防水卷材与 L类 防水 卷材的拉伸试验 ， 拉伸 速度都是 ( 2 5 0- 4- 5 0) m m mi n ， 只是裁取 的样 品尺寸 、 大小不一样。前者是 G B T 5 2 8 -1 9 9 8中的哑铃 I型 试样 ， 后者是 G B T 1 3 0 2 2 - 1 9 9 1中的哑铃 I型试样 。 应通过试验研究这两种试样对试验结果的影响和对应 关系 ， 尽可能统一 。 高聚物改性 沥青 防水卷材 拉伸试验 T B T 2 9 6 5 采 用 G B 1 8 2 4 2的方 法 ， 而 G B 1 8 2 4 2采 用 G B T 3 2 8 方法 ， 因此 铁标 应直 接采 用 G B T 3 2 8， 方便 标 准 的 使用。 4 3 2不透 水性 在 G B T 3 2 8 1 0 2 0 o 7中， 试验适用于高压力作 用场合的卷材不透水性 B法， 采用压盘有 2种 ， 或开 缝盘或 7孔圆盘 ， 前者试验( 2 4 1 ) h ， 后者试验 ( 3 0 2 )m i n 。 T B T 2 9 6 5 -2 0 1 1 ， G B 1 2 9 5 3 -2 0 0 3 和G B 1 8 2 4 2 -2 0 0 8关于卷材的不透水性指标见表 2 。 表 2 防水卷材不透水性技术要 求 从表 中可以看出 ， 氯化聚乙烯 防水卷材 的不透水 性指标低于 G B T 3 2 8 1 0 2 0 0 7的要求 ， 而高 聚物改 性沥青防水卷材的不透水性指标高于 G B T 3 2 8 1 0 2 0 0 7的要求。在标 准 G B T 3 2 8 1 0 2 0 0 7中明确说 明既可 以采用开缝圆盘也可 以采用 7孔 圆盘 ， 所 以在 T B T 2 9 6 5中 ， 应将不透水性试验方法统一 ， 并 直接采 用 G B T 3 2 8 1 O 一2 0 0 7 ， 以方便使用 。 4 3 3 高聚物改性沥青防水卷材热老化处理 铁标中要求高聚物改性沥青防水卷材热老化处理 试 验 方 法 采 用 G B T 1 8 2 4 4 -2 0 0 0和 G B T 1 8 2 4 2 2 0 0 8 ， 但这两种方法在试验温度和试验周期上完全不 同， G B T 1 8 2 4 4 -2 0 0 0要求试验温度( 7 0-i- 1 ) o C， 试验 周期 1 6 8 h或更长 。而 G B T 1 8 2 4 2 -2 0 0 8要求试验 温 度 ( 8 0士 2 ) ， 试验 周期 1 0 d- i- 1 h 。 4 3 4接缝 剥 离性 能 整个 防水体系的成败很大程度上取决于卷材搭接 处是否能粘贴牢固， 所以铁标中对卷材搭接处的上层和 下层卷材明确要求应完全热熔粘合 。而接缝剥离性能 能较好地反映卷材的热熔焊接性能和焊接工艺 ， 但标准 中高聚物改性沥青防水卷材出现该项指标的缺失。 5 建 议 1 ) 根据 国内外研究成果及 防水材料在使用过程 中所反映出的情况， 结合国内外公路桥梁、 铁路桥梁防 水层设计 、 施工经验和应用情况 ， 对 目前标准中规定的 防水卷材形式及指标进行综合评估 ， 以保证铁路桥梁 的耐久性和使用寿命 。 2 ) 我国铁路横跨距离大 ， 所以应考虑温度等环境 对防水体系的影响制定不同的防水体系， 如北方可 以 选用 S B S改性沥青防水卷材 ， 南方选用 A P P改性沥青 防水卷材 。 3 ) 以满足要求 为主 ， 合理制定 防水卷材性 能指 标 ， 不应过分人为提高指标 ， 造成不必要 的浪费。 4 ) 明确不同防水卷材 的使用环境及要求 ， 不给设 计人 员造 成混 乱 。 参 考 文 献 1 雍奎刚 ， 孙 晓丹 高分子 防水卷材 的应用及发展 J 塑料科 技 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 6 0 6 4 2 赵军 高分子 防水卷材 国内外 概况 J 新型建筑材料 ， 1 9 9 6 ( 6 ) ： 1 2 1 6 3 李军伟 聚合 物改性沥青防水卷材情况简介 J 石油沥青 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 5 4 5 6 4 吴晓红 ， 常淑清 新建铁路桥梁聚脲 防水施工技术 J 铁道 建筑 ， 2 0 1 l ( 4 ) ： 4 4 4 6 5 赵 同生 ， 陈康 荣 高速铁路桥梁桥面二次 防水层施工质 量控 制 J 铁道建筑 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 3 7 4 O ( 责任审编赵其文)